圆柱曲面单光子量子雷达散射截面的理论研究

为研究圆柱曲面的单光子量子雷达散射截面与经典雷达散射截面相比存在的具体优势,引入光子波函数,将引起量子干涉的距离矢量进行分解,通过圆柱曲面的曲面积分推导得到了单基地单光子下的圆柱曲面量子雷达散射截面的封闭表达式.分析了不同电尺寸的圆柱曲面长度和曲率半径的影响,对比了圆柱曲面量子雷达散射截面与经典雷达散射截面的封闭表达式.封闭表达式的分析和仿真结果都表明,圆柱曲面长度的电尺寸决定量子雷达散射截面的旁瓣数,曲率半径的电尺寸决定了量子雷达散射截面曲线的包络,量子雷达散射截面的整体强度与曲率半径的电尺寸呈线性关系.圆柱曲面的量子雷达散射截面与经典雷达散射截面相比具有旁瓣增强的优势,有利于隐身目标的探测.     

量子微波及其接收方法综述

量子微波兼具量子信号的量子特性以及微波频段信号的中远距离传播的能力,在通信、雷达、导航和定位等诸多方面具有广阔的应用前景。本文针对目前在量子微波接收方面的研究相对较少的现状,总结和分析了量子微波的特性及其接收方法。首先,介绍微波单光子、纠缠微波光子对以及压缩态和纠缠态微波场的特性和制备方法;然后,重点梳理和总结量子微波在量子雷达以及相关物理系统中的接收方法、检测方法、和研究现状;最后,指出量子微波接收技术中存在接收端探测信号较弱、微波频段量子纠缠态检测技术不够成熟,以及量子检测算符有待进一步最优化等问题。针对这些问题,梳理了几种降低接收端的噪声,提高探测信号的信噪比,以及基于纠缠见证的路径纠缠微波检测方案,从而完成了量子微波从制备到接收的一个完整链路的梳理工作,希望能为量子微波发射和接收系统技术的发展提供一些参考。     

马尔科夫量子主方程的热和功: 概念, 涨落定理和计算

马尔科夫量子主方程的确立将近半个世纪,它们经常被用于不可逆热力学的研究。然而,在 过去相当长的一段时间里,这些研究几乎只关注了系综平均的结果,量子系统的随机热力学一直未 受到重视。由于过去二十年里各种经典和量子涨落定理的发现,这种状况才有了明显地改变。在本 文中,我们采用两种不同的策略系统总结了当前对马尔科夫量子主方程的随机的热和功的理解。策 略之一是把量子系统和其周围的热库当成是一个封闭的量子系统,在含时总哈密顿量的控制下,这 个系统发生幺正演化,对该复合系统做两次能量投影测量得到的能量本征值之差被定义为热和功。 另一种策略是首先把量子主方程分解成随机的量子跳跃轨迹,然后在轨迹上定义随机的热和功。我 们以尽可能详尽的方式介绍这些重要的物理概念、数学技术以及不同描述层次的涨落定理。我们也 用模型具体地说明这些结论。     

基于部分测量增强量子隐形传态过程的量子Fisher信息

量子Fisher信息(QFI)是量子度量学中的一个重要物理量,可给出预估参数精度的最优值.本文研究如何引入弱测量和测量反转操作,来提高有限温环境下以Greenberger-Horne-Zeilinger态作为量子通道的隐形传态过程中的QFI.依据隐形传态过程中量子比特的传输情形,考虑了三种不同方案相应的QFI.首先,通过构造每种量子隐形传态方案的量子线路图,分析了QFI与推广振幅衰减噪声参数的变化关系.随后对各种方案中的受噪声粒子施加弱测量和测量反转操作,并对相应的部分测量参数进行优化,着重探讨了施加最优部分测量操作后QFI的改进量.结果表明,经过优化后的部分测量操作能有效提高有限温环境下量子隐形传态过程输出态的QFI;而且量子系统所处的环境温度越低,QFI的提高效果可越显著.     

脉冲激光作用下的量子定位实验方案的设计及分析

基于量子相干和量子空间定位的原理,设计了量子空间定位的实验方案.讨论了在脉冲激光作用下,由第二类自发参量下转换所产生的纠缠光子对的光谱特征、对应的相干函数特点以及对量子定位的影响.结果表明,随着激光脉冲宽度的增加,纠缠光子对的相干性减小,量子定位的测量准确度降低.     

脉冲激光作用下的量子定位实验方案的设计及分析

基于量子相干和量子空间定位的原理,设计了量子空间定位的实验方案.讨论了在脉冲激光作用下,由第二类自发参量下转换所产生的纠缠光子对的光谱特征、对应的相干函数特点以及对量子定位的影响.结果表明,随着激光脉冲宽度的增加,纠缠光子对的相干性减小,量子定位的测量准确度降低.     

基于接收端量子增强的深空雷达接收体制研究

本文针对地基深空雷达对超高接收灵敏度的需要,重点开展了基于接收端量子增强的方案研究,提出了可行技术路径,凝炼出关键技术。该体制不改变传统发射结构,仅在接收端对极微弱回波做量子增强检测处理,借助低噪声低温电子、稀释制冷和先进超导探测器件等,利用微波量子提升雷达的远程感知能力,与光波段不同,理论上能够全天时、全天候、超远距离探测目标,在近地小行星探测、空间目标监视等领域有较大应用前景。     

超导量子计算系统中的容错技术

随着超导系统中的量子控制技术日益成熟,量子纠错技术也在不断发展。最近,已有一些平台实现了超越量子纠错盈亏平衡点的里程碑式突破。然而,要实现最终目标——容错量子计算,仍需要拓展系统的维度并进一步压制噪声。文章以超导量子系统为例,首先介绍了四种实现容错错误症状测量的思路;以此为基础,讨论了实现容错量子计算的三个关键阶段以及各阶段所面临的挑战,包括超越盈亏平衡点、达到容错阈值和实现完备逻辑门操作。为了实现这些目标,将按照连通性从低到高归纳三种可能的拓展系统规模的方案。此外,还总结了实验上纠错技术的进展以及对连通性的探索,最后讨论当前关键的研究问题。     

金属目标原子晶格结构对其量子雷达散射截面的影响

量子雷达散射截面是描述光量子态照射下目标可见性的重要参数. 本文对量子雷达散射截面的推导进行了扩展, 使其可以应用于非平面凸目标的QRCS计算. 针对面心立方、体心立方以及密排六方三种金属原子晶格所构成的目标的量子雷达散射截面进行了计算, 结果表明不同的原子排列方式下, 目标QRCS主瓣基本不变, 而量子旁瓣在原子排列稀疏的目标中更为明显.     

大气损耗对量子干涉雷达的影响机理

以马赫-曾德尔干涉仪作为基本模型对量子干涉雷达的探测原理进行分析,讨论了目标探测过程中光场量子态的具体演化情况,并采用宇称算符作为相位检测算符分析了量子干涉雷达的回波信号,将其与基于振幅检测的经典雷达回波信号进行比较,证明量子干涉雷达具有超越衍射极限的超分辨率特性.此外,针对大气损耗的进一步研究显示:量子干涉雷达分辨率受大气损耗影响较小,且可通过增大脉冲光子数N克服其影响;而量子干涉雷达的灵敏度则受到较大影响,尤其当两路光的损耗情况不同时,灵敏度随N的增加呈现先升高后降低的趋势;当两路光损耗情况相同时,系统灵敏度随N的增加而升高且正比于1/N~(1/2).综上,可根据探测光的大气损耗情况适当调节参考光的衰减来克服大气损耗带来的不良影响.     

Entanglement-Assisted Joint Monostatic-Bistatic Radars

With the help of entanglement, we can build quantum sensors with sensitivity better than that of classical sensors. In this paper we propose an entanglement assisted (EA) joint monostatic-bistatic quantum radar scheme, which significantly outperforms corresponding conventional radars. The proposed joint monostatic-bistatic quantum radar is composed of two radars, one having both wideband entangled source and EA detector, and the second one with only an EA detector. The optical phase conjugation (OPC) is applied on the transmitter side, while classical coherent detection schemes are applied in both receivers. The joint monostatic-bistatic integrated EA transmitter is proposed suitable for implementation in LiNbO₃ technology. The detection probability of the proposed EA joint target detection scheme outperforms significantly corresponding classical, coherent states-based quantum detection, and EA monostatic detection schemes. The proposed EA joint target detection scheme is evaluated by modelling the direct radar return and forward scattering channels as both lossy and noisy Bosonic channels, and assuming that the distribution of entanglement over idler channels is not perfect.     

大气闪烁对纠缠相干态量子干涉雷达影响机理

介绍了量子干涉雷达物理模型及其探测原理,并采用耗散-涨落通道处理量子光场在湍流大气中的传输,从经典湍流统计理论推导得到大气透射率的概率密度分布函数P(T),以此为基础系统分析了大气闪烁效应对纠缠相干态量子干涉雷达的影响机理,深入讨论了平均大气透射率、闪烁指数等大气参数对系统目标探测性能的影响.研究发现:低损耗情况下系统灵敏度及分辨率性能随闪烁指数的增加而降低;高损耗情况下大气闪烁则能显著提高系统灵敏度和分辨率性能,且界定高低损耗的透射率临界点随脉冲光子数增加而增加,故大气闪烁能够在一定程度上克服大气损耗造成的不良影响.     

有限温度张量重正化群方法及其在阻挫量子磁性研究中的应用

阻挫量子磁体中的新奇物态与效应是凝聚态物理研究的重要前沿方向,因其与高温超导、拓扑量子计算等的密切联系,近年来吸引了人们浓厚的研究兴趣。实验上,阻挫自旋液体候选材料的 新进展层出不穷,人们系统地研究了若干三角晶格、笼目晶格和六角Kitaev 阻挫磁体等材料,发 现其在一定条件下展现出自旋液体态的特征,但澄清其中的量子物态是充满挑战的量子多体问题。 作者最近的工作指出,可以从有限温度张量重正化群多体计算入手,开展热力学性质的精确计算 与分析,确定阻挫磁体的微观自旋模型,做出进一步理论预言并开展实验验证,从而建立量子磁性 系统的多体计算精确研究方案。有限温度张量重正化群方法是计算大尺寸二维阻挫量子自旋模型 有限温度性质的有力工具,在本文中作者首先介绍新近发展的系列张量重正化群方法,包括线性 和指数张量重正化群等。随后,作者讨论有限温度张量方法在三角晶格量子伊辛磁体TmMgGaO4 和六角晶格Kitaev 磁体α-RuCl3 的微观自旋模型中的具体应用：通过高精度和全面的多体计算, 揭示出其中存在演生U(1) 对称性与拓扑相变,以及高场量子自旋液体态等新颖的结论,这些理 论预言也陆续被实验所证实。通过上述实例,作者展示了有限温度张量重正化群计算方法在自旋 液体候选材料研究中的应用价值,并期待这些方法能在强关联量子物质研究中发挥重要作用。     

Direct measurement for general quantum states using parametric quantum circuits

In the field of quantum information,the acquisition of information for unknown quantum states is very important.When we only need to obtain specific elements of a state density matrix,the traditional quantum state tomography will become very complicated,because it requires a global quantum state reconstruction.Direct measurement of the quantum state allows us to obtain arbitrary specific matrix elements of the quantum state without state reconstruction,so direct measurement schemes have obtained...     

量子直接通信

量子直接通信是量子通信中的一个重要分支, 它是一种不需要事先建立密钥而直接传输机密信息的新型通信模式. 本综述将介绍量子直接通信的基本原理, 回顾量子直接通信的发展历程, 从最早的高效量子直接通信协议、两步量子直接通信模型、量子一次一密直接通信模型等, 到抗噪声的量子直接通信模型以及基于单光子多自由度量子态及超纠缠态的量子直接通信模型, 最后介绍量子直接通信的研究现状并展望其发展未来.     

On Entanglement-Assisted Multistatic Radar Techniques

Entanglement-based quantum sensors have much better sensitivity than corresponding classical sensors in a noisy and lossy regime. In our recent paper, we showed that the entanglement-assisted (EA) joint monostatic–bistatic quantum radar performs much better than conventional radars. Here, we propose an entanglement-assisted (EA) multistatic radar that significantly outperforms EA bistatic, coherent state-based quantum, and classical radars. The proposed EA multistatic radar employs multiple entangled transmitters performing transmit-side optical phase conjugation, multiple coherent detection-based receivers serving as EA detectors, and a joint detector.     

量子点红外探测器在空间光电系统中的应用

为了更好地开发和利用空间资源,各国竞相通过向空间发射卫星、空间站、航天飞机等航天器来建立探测站点和通信网络以占据具有最大优势的位置,其中空间光电系统在探索新资源方面起到关键的作用.点对点的距离远、空间辐射强、温差较大等空间环境因素严重影响着光电系统性能的发挥,也向空间光电系统的稳定性和可靠性提出了挑战.本文提出将具有较高的探测灵敏度、工作温度、抗辐射能力和响应带宽的新型量子点红外探测器应用于空间光电系统,阐述了量子点红外探测器的基本工作原理和优点,并讨论了量子点红外探测器在空间应用的技术要求,分析了其在空间的激光雷达、卫星光通信和成像或者非成像系统中的应用.     

Quantum broadcast communication with authentication

Two simple quantum broadcast communication schemes are proposed.A central party can broadcast his secret message to all the legitimate receivers simultaneously.Compared with the three schemes proposed recently (Wang et al.2007 Chin.Phys.16 1868),the proposed schemes have the advantages of consuming fewer quantum and classical resources,lessening the difficulty and intensity of necessary operations,and having higher efficiency.